景观生态学——景观生态过程

景观生态过程,第一节：景观过程动力及运行机制 第二节：景观生态流,景观生态过程概述,景观生态过程的本质：是景观流的发生发展及相关影响因素的作用。 景观过程的复杂性体现：不仅表现为景观流的载体和动力的不同，而且其源汇关系和运动方式既受景观要素特性的影响，又与景观要素之间的空间关系密切相关。 与景观格局有关的景观过程：景观破碎化过程、连通过程、地球化学过程、迁移过程、土地废弃过程、景观人文干扰过程等等,景观生态过程的概念,对景观生态过程的认识目前尚未统一： 有人把干扰作为景观生态过程（Farina,1998)； 有人把景观格局的变化当作生态过程（赵，2001） 多数学者认为景观生态过程与景观功能有着密切关系（傅伯杰，2001） 本书作者认为：物质和能量在景观要素内部及其之间的流动称为景观生态过程。,第一节 景观过程的动力与运动机制,一、景观过程的基本动力 景观水平上推动景观生态流的基本动力是扩散、质量流（重力）和运动。 1、扩散（ diffusion ） 扩散是溶解物质或悬浮物质由高浓度区向低浓度区的移动，通过无规则的布朗运动完成。 扩散是与空间异质性相联系的具有普遍性的作用力，是一种低能耗过程。基本动力之一。,2、质量流(重力) 质量流：物质沿能量梯度的移动过程。 重力：是物质沿重力梯度移动的基本作用力。 陆地水流就是重力作用下水由高处向低处的运动过程；滑坡、山崩、塌岸、融冻土溜和土层蠕动等都是岩屑或块体在重力作用下的移动。,3、运动 运动是飞行动物、地面动物和人(包括车辆)等物体通过消耗自身能量从一处向另一处的移动。 不同的景观过程动力与物体的分布格局有关，运动易形成聚集格局景观，质量流次之，扩散很难形成这种格局。,扩散：使物体在景观中的随机运动。,驱动力下,生态流的流动表现出三种最基本的形式： 扩散、物质流、运动。,物质流：是物质在重力和扩散力作用影响下沿能量梯度的运动,运动：是物体消耗本身能量从一个地方移动到另一个地方。,扩散：最少的聚 集格局； 物质流：居中； 运动：最明显的聚集格局,二、媒介物(vector) 景观生态流在景观中的流动，主要依靠风、水、地面动物、飞翔动物和人等5种媒介物。 风可以携带热能、水分、尘埃、烟、污染物、雪、种子、孢子和很多小昆虫。植物种子传播的主要途径。 水可以运输矿质养分、种子、昆虫、污泥、肥料和有毒物质。 飞翔动物通过体表和体内远距离携带种子、孢子、昆虫等； 地面动物也可通过体表和内脏传播种子。 人对物质、能量和物种在景观中的传播作用更强，常有意识地造成景观过程的改变。,红翅槭,三、运动格局与空间扩散 动植物的运动是生命现象，水流和空气流是物理现象，运动格局更多的是指动、植物的运动。 1、连续运动和间歇运动 物质和能量在景观中的流动可概括为：连续运动和间歇运动两种运动格局。 连续运动是指某一客体在两点之间运动时，尽管运动速度有时快有时慢，但速度不降到零。 间歇运动是指客体在两点之间运动时，要出现一次或几次的停顿。,连续运动 流的主体在从源到汇移动的过程中，不存在运动速度为0的状况，既为连续运动。,间歇运动,流的主体从源到汇移动的过程中，其间出现过运动速度为0的状况，即流的主体在某地出现过停歇，既为间歇运动。 间歇运动又可以分为两种： 休息站式：即该物种在某地做短暂停留后再继续运动； 暂住站式：指该物种不仅在某地停留休息，而且在该地成功地生长和繁殖，从而为物种的进一步扩散提供了新的种源。,综合运动,流的主体在移动过程中，可以是连续的，也可以是间歇的。 出现连续运动和间歇运动的原因：景观结构的异质性。 景观结构的异质性作用： 生态流运动由连续运动变为跳跃运动； 运动中的停顿点增强，流的物质与流程环境间 的关系越密切；流的速度降低。,2、两种运动对景观的影响 连续运动的动物对景观影响较小，间歇运动的动物在其停留点与该点环境发生显著的相互作用。 3、休息点与长歇点 为间歇运动的两种停留点，休息点为短暂停留后还将继续前进，而长歇点为长期停留，并成长和繁殖后代。 长歇点的意义：长歇点有利于物种的扩散和为进一步扩散提供新种源和机会。,4、空间扩散 空间扩散是指物体在继续占据原有位置的基础上扩大其分布面积。 如：大型停车场的热能向周围地区的散布，树种在母树周围萌生时植物物种的扩张性生长。 等级扩散：物种从一个结点跳跃式地迁移到周围多个结点，并在新结点周围作局部传播，当结点明晰可见时，该过程称为等级扩散。（网络结点） 膨胀扩散：物质和能量在继续占据原位置的基础上扩大其分布面积的扩散方式。 移位扩散：物质和能量离开某一地区移到另一地区的扩散。（景观内的斑块之间，或者景观之间）,四、运动方向与距离 1、运动方向 斑块形状对景观的若干生态特征和现有物种均存在影响，这种影响与物流方向和景观空间方向有关，这种相关称为相互作用角。 物流方向与斑块长轴平行则对运动个体的阻截小，相反则阻截大。P129图。 2、距离 运动效率与距离有关，考虑效率时不仅要考虑直线距离，还要考虑时间距离。人类正日益依靠大量化石能源来使景观“线性化”，以缩短时间距离。,第二节 景观生态流,一、概述 景观的功能就是景观元素之间的相互作用，即能量流、养分流和物种流以一种景观元素迁移到另外一个景观元素。通过大量的“流”，一种景观元素对另外一种景观元素施加控制作用。 景观生态流的运动机制：半透膜观点、源和汇的观点。,与景观生态流有关的两个重要概念 景观边界：在特定时空尺度下，相对均质的景观之间所存在的异质性过渡区域。类似半透膜，能对进入和要离开景观要素的生态流进行过滤 成熟度：在相邻景观要素成熟度不同的地方，幼年期和老年期要素，在不同的场合，可以分别起源或汇的作用。（如成熟林地可为周围空地提供种源）,景观生态流的概念： 是指物质、能量、物种及其它信息在景观空间各空间组分间的流。景观生态流的表现形式即为景观过程。 通过景观的流主要有三种：1)能量流 2)养分流 3)物种流（动、植物）。 景观流的媒介物：1)风 2)水 3)飞行动物 4)地面动物 5)人。 影响三种流运动的力：最主要的驱动力有扩散作用、重力作用和行为作用。,媒介物和力,二、景观要素间的无机流 合理的景观结构有利于流的循环，从而提高生物的生产力和改善区域生态环境。 1、空气流 温差导致气压差，气压差导致空气流。 风的格局：层流（平行状态）、湍流（或上或下）。 山风（夜晚）、谷风（白天）。 大尺度的空气环流起到输送水分和热量的功能。,最佳防护林(带),密实的防护林屏障产生严重湍流；孔隙多的防护林屏障可让大量气流通过，而防止湍流发生，这种气流原理广泛地应用在景观规划、设计之中。,2、水流 水流是在重力作用下以物质流的形式流动，同时携带一些物质。主要表现为水平和垂直运动，且方向是固定的。 水流方式：地表水流、地下水流、潮汐和海流。 水流速度主要取决于： 水输入量及其时间； 土壤结构，特别是土壤空隙度； 土壤对水携带物质的过滤作用，包括土粒对物质的物理吸附和化学吸附。,3 、养分流 景观中的养分流动通常伴随着水流和土壤侵蚀而发生的。 1）水流携带的养分流 一种 颗粒物质，如细菌、孢子、腐烂的泥沙树叶等；二种 溶解性物质，如腐殖质、尿素、硝酸盐、可溶性盐等,雨量大小对于颗粒物质与溶解性物质有很大的差异 颗粒物质流和溶解物质流还有一个不同：颗粒物质流发生在土壤表面，而溶解物质流发生在土壤内,2）土壤侵蚀 侵蚀发生的三个因素： 1 地表失去植被覆盖，更多的雨水冲刷 2 失去腐殖质后，矿质土壤暴露在降雨中，形成冲沟 3 植物根系死亡，土壤颗粒凝聚力低。 A=f （R、K、L、S、C、P） A-土壤侵蚀 R-降水程度 K-土壤侵蚀因子 L-坡长 S-坡度 C-植被覆盖 P-防止措施,养分流,土壤侵蚀的主要后果表现在3个方面： a使土壤变薄、生产力严重下降，甚至成为毫无生产力的不毛之地； b在地势低洼的地方形成堆积地貌，并使这些汇区景观要素的土壤更加深厚肥沃； c侵蚀沉积物导致河床淤积、河流水位增高、水库淤积使水库库容减少，进而降低水库的调洪机能，增加洪水的潜在危险。,不同景观元素对养分流的影响,合理组合和设计景观结构可以起到对养分的过滤作用，这对生态环境的保护具有重要意义,水平运动,三、物种流动植物在景观中的运动,影响运动的两个因素 1) 取决于廊道、障碍和斑块等结构因素 同质地区，物种流稳定、连续 物种从一景观进入另一景观时会发生变速或停顿 例：大草原上的牛羊，沙漠上的狼群 2) 取决于运动方向：分析物种运动景观元素是有利于运动还是障碍运动？ 需要分析景观的异质性程度和景观中的对比度,运动方式：动物有三种运动方式 1）巢区内运动 动物在窝的周围进行觅食和其他日常活动。 巢区面积、形状受季节变化而变化。 2）疏散运动 动物个体离开出生的巢区到达一个新的巢区的运动，新巢区距老巢一般很远，近成年动物离开父母到新巢区筑巢。疏散运动可扩展某一物种的分布范围。例如：鸟,1、动物流,臭鼬,3）迁徙 动物在不同季节利用的不同地域之间进行的周期性运动。 典型例子：鸟类在冷暖地区的运动，避开不利环境。 垂直迁徙：动物在山地高海拔和低海拔间的迁徙， 例：鸟类夏季在高海拔地区繁殖，冬季到低海拔越冬；欧洲山羊夏季在高山植被觅食，冬季到低海拔草地越冬,景观结构对动物的影响,1、臭鼬随季节变化的巢区运动 在北美分布很广的臭鼬，其巢穴多沿树篱构筑： 积雪期：只有极少数臭鼬的活动范围超过巢穴附近1000m。说明它们的穴区一般在1km2之内。 春天繁殖季节之后：雄臭鼬跑得更远，主要吃树篱上的小动物； 夏季：在窝附近活动，可能此时食物丰富不需远行； 秋季降雪之前：主要沿树篱运动。,一个冬夜林地内臭鼬的活动,只有两次离开树篱，穿行在玉米地中，而避开燕麦地、草地。由于玉米地有较高的层次和完全荫蔽的地面，可以预防空中和地面的天敌，而且还有丰富的食物。 通过树篱中臭鼬和林地内臭鼬的比较表明，它们喜欢生活在少数树木的开阔景观地区，多是林地边缘和树篱,2 赤狐的运动 研究表明赤狐的窝几乎都筑在高地生境中，如林地等；与建筑物的距离是其巢穴分布的主要限制因素，巢区一般4km、24km，长方形。 快成年和成年狐狸离开巢穴，原因不明，目标也不能预测，运动的平均直线距离雄性为31km(最远211km)，雌性为11km(最远为108km)，赤狐的扩散为不规则扩散。 分析发现，有建筑物地区是它们穿越景观的障碍，在距农家场院92m以内极少发现这种动物。河宽成为赤狐的障碍，赤狐的运动是跳跃的，不是连续的。,动物在景观中分布格局,1 动物回避对它不利的景观元素，许多动物生存要求一种以上的生境。 2 廊道有时是障碍，有时却是通道。 3 巢区的形状通常是扁长的，有时是线条状的。 4 景观异质性特征有特别重要的作用。,植物的传播以散布为主 1）散播的媒介物：水、风、动物重力等。 不同繁殖体，媒介物不同，散布的距离也不一样。 比如：蒲公英靠风传播而且距离较远。 杨树靠重力传播距离较近。 2）靠风散布的种子一般都有种翅 比如：糖槭 飞散距离取决于种粒大小、风速、地形等因素。 3）种子散布方式和距离与该种在演替中的地位和生活史对策有关。 先锋树种（r对策）多靠风或水散布，距离远。比如：杨树 顶级群落种（k对策）一般种子重，多靠动物、重力散布，散布距离近例如：红松,2、植物流,植物在景观中的散布存在三种模式： 1) 植物分布区边界发生变化。 由于环境条件的周期性变化引起。如：降雨 2) 长期环境条件变化，使物种灭绝、适应或迁移。 如：自最近的冰川期以来，许多树种适应了气候变化，越过温带地区存活下来。 3) 非本地种成功地移植到新的地区，广泛繁殖和传播。 如：仙人掌的入侵毁灭了澳大利亚的主要地区。,4.景观元素的相互作用,1)斑块-本底的相互作用,景观元素之间的相互作用是通过景观的流来实现,以农田(空地)与森林的作用为例 本底-农田 斑块-森林(人工林),A 能量、动物、花粉、果实,C 物种